[发明专利]气体水合物贮存器

说明书

本发明涉及一种用于贮存并使气体水合物再气化的设备和方法。本发明包括一个绝热式贮存器，它优选至少局部位于地下，带有一个可透过阳光的顶部以便使气体水合物可暴露于阳光之下以进行再气化。提供了一种罩盖构件以便可控制地将所贮存的水合物暴露于阳光之下。

多年来气体水合物是已知的。这些水合物为包合物，其中各种轻烃气或其它气体，如天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、硫化氢、氮气及其混合物在高压和低温下与水发生物理反应。气体被包含或夹带于包括氢键键合水分子的扩展固态水点阵网络中。由于气体与水分子间的微弱的范德华力和点阵结构中水分子之间的氢键键合力的作用，水合物结构能保持稳定。

已知至少有两种不同的水合物晶体结构，它们均为笼形晶体结构。结构Ⅰ的一个笼形水合物单晶包括每46个水分子两个十四面体(tetrakaidecahedron)空腔和六个十二面体空腔。结构Ⅱ的一个笼形水合物单晶包括每136个水分子八个较大十六面体(hexakaidecahedron)空腔和16个十二面体空腔。较大体积的气体在压力下可夹含于这些空腔中。例如，已经测定对于天然气水合物来说每立方英尺固态天然气水合物中可包含180标准立方英尺的气体。

在早期，气体水合物被看作一种工业危害。石油和天然气生产设备通常位于寒冷环境中，产品位于地下或水下深处的井中。当开采这些井时，产生气体水合物的所有必需的组分和条件都已具备-即轻烃气和水已具备、温度很低，而压力很高。因此，当开采油井或天然气井时，在钻井和传输管道和设备中通常自然会产生气体水合物。由于气体水合物为固态物质，不易于以浓缩浆液或固体形式流动，因此当在石油或天然气生产中自然产生气体水合物时，它们就会堵塞生产和传输系统中的设备、管道和通道。气体水合物的这些不利因素使得人们不得不对防止水合物形成并消除这种危害的方法进行了大量的研究工作。例如，可以参阅以下文献：由McGraw-Hill，New York(1959)年出版的D.katz等所著的《天然气手册》第189-221页；以及由MarcelDekker，Inc.(1991)出版的由E.D.Sloan，Jr.所著的《天然气笼形水合物》。

然而，由于可能在气体水合物中贮存较大体积的气体，最终研究人员开始将这种“危害”视为一种可用于安全、低成本地贮存和／或运输气体的可能方法。请参阅Am.Gas.Assoc.Mon第28卷，第2期(1940)年，63页，B.Miller等的文献。若干研究人员和专利权所有人已论述过产生气体水合物的方法，例如，请参阅Cahn等的美国专利U.S.PatentNo.3，514，274。

尽管有大量的资料涉及到了气体水合物的生产方法，但这些文献中很少提及用于贮存并使水合物再气化的设备和方法。气体水合物生产的这些方面同样也很重要。如果气体水合物不能可靠地长期贮存，其生产的用途就会很有限。此外，如果气体水合物不能方便地、可控地再气化，生产和贮存水合物就没有意义。

Hutchinson等的美国专利U.S.Patent No.2，375，559中描述了一种使烃气水合并在贮存罐中贮存所产生的水合物的方法。Hutchinson几乎未提及使这些贮存的水合物再气化的方法的详细情况。

Donath的美国专利U.S.Patent No.2，904，511中示出了一种水脱盐设备，它通过气体水合物的形成由盐水产生脱盐水。由于该专利主要涉及脱盐方法，因而水合物的贮存和气体的回收并非为Donath所关心的。相反，水合物被直接送入水合物分解贮存器中，在该贮存器中气体从相对脱盐的水中析出。

Gudmundsson也描述了各种生产气体水合物的系统。例如，请参阅以下文献：U.S.专利No.5，536，893；WO专利公开No.93／01153；“以凝结水合物的形式输送天然气”(“Transport of Natural Gas asFrozen Hydrate”)，ISOPE Conference Proceedings，Vl，The Hague，Netherlands，1995年6月，以及“以凝结水合物的形式贮存天然气”(“Storing Natural Gas as Frozen Hydrate”)，SPE Production＆Facilities，1994年2月。美国专利U.S.专利No.5，536，893中描述到使气体水合物凝聚成适于在大气压和0°至15℃以下的温度下长期贮存的固体块。文中几乎没有提及关于气体水合物贮存和再气化的方法和设备的细节。